宋紫朝

（北京市政路橋管理養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 研究背景

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，目前對(duì)城市交通的要求也在逐漸提高，城市交通的便利程度直接影響著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展及居民生活的便利性[1-2]。隨著現(xiàn)如今國(guó)家對(duì)環(huán)境的要求，對(duì)城市水系的要求也是逐漸提高，因此，為連接城市交通，對(duì)城市橋梁的質(zhì)量要求也隨之提高[3-4]。地基對(duì)橋梁工程質(zhì)量的影響十分關(guān)鍵，良好的地基質(zhì)量直接影響橋梁工程的使用壽命，由于橋梁工程基礎(chǔ)位于水下，因此采用合理的防滲措施對(duì)橋基進(jìn)行維護(hù)至關(guān)重要，將直接影響橋梁工程的質(zhì)量及穩(wěn)定性[5-7]，因此對(duì)于城市橋梁工程來(lái)說，合理的橋基防滲措施十分關(guān)鍵。

目前，對(duì)于工程地基防滲的研究已取得了一定的進(jìn)展。郝磊[8]以渠道地基為研究對(duì)象，比較了混凝土等不同防滲措施的防滲效果，指出混凝土防滲措施在不同措施中對(duì)地基的防滲效果最優(yōu)；曹麗娟等[9]研究了水庫(kù)地基的最優(yōu)防滲措施，由于研究對(duì)象位于巖溶地區(qū)，因此防滲措施的實(shí)施十分關(guān)鍵，她比較了垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋三種方案的防滲效果，指出局部粘土水平鋪蓋措施為防滲效果最優(yōu)的措施；溫立峰等[10]研究了混凝土防滲措施對(duì)壩基的防滲效果，指出該措施是透水和可壓縮壩基滲流控制的主要措施。

橋梁地基若出現(xiàn)滲水，對(duì)整個(gè)橋梁工程的質(zhì)量將產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，為找出適用于橋基防滲的最優(yōu)措施，本文選擇原土夯實(shí)、漿砌石和混凝土三種防滲措施，通過監(jiān)測(cè)入滲速率初步分析不同措施的土壤防滲效果，同時(shí)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)不同措施不同方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期得出適用于橋基防滲的最優(yōu)措施。

2 橋基防滲效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

為從多方面綜合比較三種方案的效果，選出最優(yōu)方案，本文從方案的實(shí)施合理性、方案的經(jīng)濟(jì)性和對(duì)環(huán)境的影響性三個(gè)方面，共12 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立橋基防滲方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，具體體系構(gòu)建情況見表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

3 評(píng)價(jià)方法基本步驟

3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

Takagi 和Sugen 于1985 年構(gòu)建了T-S 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型基于IF-THEN 的原則，當(dāng)假設(shè)規(guī)則為yi時(shí)，具體模糊評(píng)價(jià)步驟為：

將模糊數(shù)據(jù)集的相對(duì)隸屬度進(jìn)行模糊計(jì)算，最終得出計(jì)算結(jié)果的輸出值。

3.2 灰色聚類-SPA 理論

本文基于灰色聚類-SPA 理論，對(duì)不同防滲措施的優(yōu)劣性，而灰色聚類-SPA 理論的具體步驟如下：

對(duì)傳統(tǒng)白化函數(shù)及三角白化權(quán)函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)造指數(shù)型白化函數(shù)，改進(jìn)后的函數(shù)曲線是平滑的，擴(kuò)大了函數(shù)涵蓋范圍[9]。將防滲措施防滲效果劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共五個(gè)區(qū)間。具體函數(shù)模型如下：

（1）當(dāng)k=1，Ⅰ等級(jí)對(duì)應(yīng)灰類指數(shù)型函數(shù)模型為：

（2）當(dāng)2≤k≤n-1，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等級(jí)對(duì)應(yīng)灰類指數(shù)型函數(shù)模型為：

公式中ak、bk、ck、dk、ek稱為聯(lián)系度分量，分別反映指標(biāo)k 對(duì)已劃分的5 級(jí)灰類區(qū)間V1-V5 等級(jí)的偏向度；j為對(duì)立系數(shù)，通常取-1；m3、m2和m1為評(píng)價(jià)樣本與評(píng)價(jià)等級(jí)的差異度系數(shù)。

將區(qū)間[-1,1]平均劃分成(n-1)個(gè)子區(qū)間，各分點(diǎn)值從左到右分別與式（7）中j m3、m2和m1的值相對(duì)應(yīng)，利用同樣的均分原則將區(qū)間[-1,1]進(jìn)行n 等分，從左到右可分別得到五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的區(qū)間范圍。具體評(píng)判區(qū)間如下：

當(dāng)0.6≤μk≤1.0 時(shí)，判定級(jí)別為好（Ⅴ）；當(dāng)0.2≤μk≤0.6 時(shí)，判定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為較好(Ⅳ)；當(dāng)-0.2≤μk≤0.2時(shí)，判定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為一般(Ⅲ)；當(dāng)-0.6≤μk≤-0.2 時(shí)，判定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為較差(Ⅳ)；當(dāng)-1.0≤μk≤-0.6 時(shí)，判定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為差(Ⅴ)。

結(jié)合集對(duì)分析SPA 理論與灰色聚類評(píng)價(jià)，運(yùn)用上述函數(shù)模型，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的聚類系，與SPA 模型的聯(lián)系度分量ak、bk、ck、dk、ek建立如下函數(shù)關(guān)系：

式中θi1、θi2、θi3、θi4、θi5分別為指標(biāo)i 的五個(gè)聚類系數(shù)分量。

各指標(biāo)i 在不同灰類下的聚類系數(shù)由改進(jìn)的指數(shù)型白化函數(shù)式（1）-（6）計(jì)算得到，采用式（10）進(jìn)行歸一化處理：

4 不同措施效果比較

4.1 不同措施土壤入滲速率對(duì)比

圖1 為不同防滲措施下的橋基土壤入滲速率對(duì)比。由圖中可以看出，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，不同方案的土壤入滲速率變化趨勢(shì)均為先降低后平穩(wěn)的趨勢(shì)，而土料夯實(shí)措施下的土壤入滲速率最高，在100min 內(nèi)的平均入滲速率為0.38cm/s，而漿砌石措施和混凝土措施的土壤平均入滲速率相差不大，分別為0.22和0.21cm/s，土壤累積入滲量表現(xiàn)為相似的變化規(guī)律。不同措施的土壤入滲速率不同，在土料夯實(shí)措施下的土壤入滲速率仍然較快，而漿砌石和混凝土的入滲速率相近，混凝土入滲速率略優(yōu)于漿砌石措施，但考慮到相同面積下，漿砌石的投資要低于混凝土，所以初步選擇漿砌石防滲為橋基防滲的主要措施。

圖1 不同防滲措施土壤入滲速率對(duì)比

4.2 不同方法最優(yōu)防滲措施方案比選

首先根據(jù)AHP 法的基本原理，確定第二層準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重，確定準(zhǔn)則層指標(biāo)判斷矩陣，結(jié)果見表2。然后確定不同指標(biāo)的相對(duì)隸屬度矩陣，結(jié)果見表3。根據(jù)表3 和表4 中的數(shù)據(jù)，得出指標(biāo)最終權(quán)重，結(jié)果見表5。

表2 準(zhǔn)則層指標(biāo)判斷矩陣

表3 第三層指標(biāo)相對(duì)隸屬度矩陣

表4 第三層指標(biāo)初始綜合權(quán)重

表5 第三層指標(biāo)最終綜合權(quán)重

土料夯實(shí)措施各聯(lián)合度分量計(jì)算數(shù)據(jù)，結(jié)果見表6。由表6 中的數(shù)據(jù)可以看出，土料夯實(shí)年算得的綜合聯(lián)系數(shù)為-0.194，達(dá)到了一般的標(biāo)準(zhǔn)，同理得出漿砌石綜合聯(lián)系數(shù)分別為0.207，雖然增幅較低，達(dá)到了較好的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，漿砌石方案雖然入滲速率略高于混凝土措施，但綜合比較后發(fā)現(xiàn)，由于混凝土的造價(jià)較高，施工較復(fù)雜，漿砌石方案為橋基防滲的最優(yōu)方案。

表6 土料夯實(shí)措施綜合聯(lián)系數(shù)確定

表7 列出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同橋基防滲措施效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不同防滲措施的防滲效果可見表8，由表中可知，漿砌石措施和混凝土措施的防滲效果均達(dá)到了較好，且漿砌石措施較優(yōu)。同時(shí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算時(shí)間遠(yuǎn)低于SPA 理論，因此，證明了該方法的適用性。

表7 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表8 模型輸出結(jié)果

5 結(jié)論

本文基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同橋基防滲方案效果進(jìn)行了比較，從方案的實(shí)施合理性、方案的經(jīng)濟(jì)性和對(duì)環(huán)境的影響性三個(gè)方面構(gòu)建了橋基防滲方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的SPA理論進(jìn)行了對(duì)比，證明了該模型的適應(yīng)性。